산업용 실리콘 또는 실리콘 금속이라고도 불리는 금속 실리콘은 알루미늄 합금, 실리콘, 폴리실리콘 공급원료 및 현대 철강 제조에 추가되는 많은 부분의 기본 재료입니다. 거의 대부분이 동일한 경로, 즉 수중 아크로에서 석영의 탄소열 환원에 의해 생산됩니다. 화학적 성질은 간단하지만 용광로 실습, 장입물 준비 및 정제 단계에 따라 제품이 98% 야금 등급이 될지 아니면 99.7% 화학 등급이 될지 결정됩니다.
탄수화물 감소: 핵심 화학
전반적인 반응은 탄소에 의한 실리카의 환원입니다.
SiO2 + 2C → Si + 2CO
반응은 강한 흡열성이며 반응 구역의 온도가 대략 1800도에서 2000도에 도달하는 용광로의 가장 뜨거운 부분에서만 유용한 속도로 진행됩니다. 실제로 변환은 단일 단계에서 발생하지 않습니다. 실리카는 먼저 기체 일산화규소로 환원되며, 이는 전하를 통해 상승하고 탄소에 의해 실리콘으로 더욱 환원됩니다.
SiO2 + C → SiO + CO(1단계, 반응 영역에서)
SiO + C → Si + CO(2단계, 충전 컬럼)
실리콘의 일부가 SiO 증기로 반응 영역을 떠나고 배출 가스와 함께 빠져나가기 때문에 공정은 본질적으로 완벽하게 효율적이지 않으며 실리콘의 일부는 미세한 실리카 부산물-로 손실됩니다. 화학은 또한 이 공정이 슬래그가 없는- 방법으로 설명되는 이유를 설명합니다. 깨끗한 원료를 사용하면 환원 생성물이 액상 실리콘과 일산화탄소이며, 탭할 벌크 슬래그 상이 없습니다.
원료 및 전하 준비
| 입력 | 역할 | 실제 요구 사항 |
|---|---|---|
| 석영 또는 규암 | 실리콘 소스 | 높은 SiO2 함량, 제어된 덩어리 크기, 낮은 철 및 알루미나 |
| 석유코크스 | 1차 환원제 | 저회분, 저유황, 예측 가능한 고정탄소 |
| 숯이나 나무 칩 | 환원제 및 전하 투과성 | 가스가 빠져나갈 수 있도록 하중을 다공성으로 유지합니다. |
| 저-재탄 | 보충탄소 | 미량 불순물을 제한하기 위해 제어된 회분 화학 |
| 탄소전극 | 에너지 투입 | 셀프 베이킹 또는 사전 베이킹, 연속 공급 |
등급 선택은 채석장에서 시작됩니다. 매장량이 많고 근처에 전기가 저렴한 매우 순수한 석영이 기존의 공급원료입니다. 유리나 보석{1}}등급 제품에 더 적합한 재료는 일반적으로 그곳으로 전환됩니다. 그런 다음 투입 준비를 통해 탄소-대-실리카 비율의 균형을 맞춥니다. 탄소가 부족하면 반응하지 않은 실리카가 남고 과잉으로 인해 용광로 난로에 탄화규소 축적이-증가하기 때문입니다. 석영은 제어된 크기 분포로 스크리닝되어 부담이 전극 팁에서 퍼니스 상단까지 안정적인 투과성을 유지합니다.
수중 아크로 작동 및 태핑
실리콘 용해로는 일반적으로 10~30 MVA 범위로 제작되며 전극이 충전물에 잠긴 상태로 작동합니다. 이것이 개방-아크 용해와 구별되는 점입니다. 아크는 열을 제공하고 충전 컬럼은 가스를 필터링하며 반응 구역 위의 크러스트는 공정을 대부분 밀봉된 상태로 유지합니다. 작업자는 전극 위치, 충전 혼합 및 태핑 리듬을 제어하고 불균형 환원 징후가 있는지 배출-가스를 모니터링합니다.
용융된 실리콘은 난로에 모이고 주기적으로 탭홀을 통해 국자로 들어갑니다. 태핑 온도는 일반적으로 1600도 이상으로 높으며, 금속은 용광로에서 나오자마자 얼기 시작하므로 신속하게 처리됩니다. 용광로 캠페인 수명은 주로 난로 라이닝의 침식과 탄화규소 축적으로 인해 제한되며, 두 가지 모두 전하 균형이 얼마나 잘 유지되는지에 따라 달라집니다.
정제, 주조 및 등급
용광로에서 바로 태핑된 실리콘은 일반적으로 순도가 97%~99%이며 탈산 및 합금화와 같은 야금학적 용도에 적합합니다. 더 높은 등급은 일반적으로 산소나 공기로 국자 처리를 하고 알루미늄과 칼슘을 제거 가능한 상으로 산화시키기 위해 합성 슬래그를 첨가하여 액체 금속을 정제함으로써 생산됩니다. 이것이 바로 화학 및 전자 응용 분야에 필요한 99.7% ~ 99.8% 순도에 도달하는 방법입니다.
| 일반적인 등급 지정 | 철, 최대 | 알, 최대 | 캘리포니아, 최대 | 일반적인 적용 |
|---|---|---|---|---|
| Si5530 | 0.5 % | 0.5 % | 0.3 % | 야금 탈산, 일반 용도 |
| Si4410 | 0.4 % | 0.4 % | 0.1 % | 알루미늄합금, 일반화학용 |
| Si3303 | 0.3 % | 0.3 % | 0.03 % | 실리콘, 고급-등급 합금 |
| Si2202 | 0.2 % | 0.2 % | 0.02 % | 화학 및 폴리실리콘 공급원료 |
| Si1101 | 0.1 % | 0.1 % | 0.01 % | 전자제품 및 광전지 공급원료 |
이러한 지정에서 숫자는 최대 철, 알루미늄 및 칼슘 함량을 차례로 나타내며 마지막 숫자는 칼슘을 1/100%로 나타냅니다. 따라서 Si3303은 철과 알루미늄이 각각 0.3%로 제한되고 칼슘이 0.03%로 제한되는 실리콘입니다. 일반 산업용 실리콘에 대한 동등한 요구 사항은 GB/T 25135에 명시되어 있습니다. 정제 후 금속은 잉곳으로 주조되거나 덩어리로 부서진 다음 다운스트림에 사용되는 크기 비율(합금용 덩어리 10~100mm, 화학 산업용 미세 분말)로 스크리닝됩니다.
에너지 소비, 생산량 및 부산물-
실리콘 제련은 전기를 가장 많이 사용하는-야금 공정 중 하나입니다. 소비량은 일반적으로 탭핑된 실리콘 1톤당 약 11~13MWh로 보고됩니다. 이는 제련소가 전력이 저렴하고 신뢰할 수 있는 곳에 위치하며 운영 안정성이 비용에 직접적인 영향을 미치는 이유입니다. 수율은 충전량 균형, 배출 가스의 일산화규소 손실, 분진 시스템 대신 노로에 보고되는 규소의 양에 따라 달라집니다.
오프{0}}가스는 마이크로실리카로 수집된 미세한 실리카를 운반하며, 이는 내화 및 콘크리트 응용 분야에서 가치 있는 부산물-입니다. 용광로에서 증기로 배출되는 실리콘과 파쇄 중에 생성된 미세분은 모두 회수되어 가능한 경우 공정으로 반환되므로,-잘 운영되는 공장에서는 실리콘 손실을 피할 수 없는 폐기물이 아닌 원자재 문제로 처리합니다.
FAQ
Q: 금속실리콘과 페로실리콘의 차이점은 무엇인가요?
A: 금속 실리콘은 본질적으로 석영만으로 생산되는 순수 원소(일반적으로 98% 이상)입니다. 페로실리콘은 규소와 철의 합금으로 일반적으로 규소가 45%~75%로 함유되어 있으며, 철원을 원료로 하여 생산되며 주로 철강 탈산 및 주조 접종에 사용됩니다.
Q: 이 공정에 슬래그-가 없다고 설명되는 이유는 무엇인가요?
A: 청정 석영과 저{0}}회분 환원제를 사용하면 환원 생성물이 액체 실리콘과 일산화탄소이므로 별도의 벌크 슬래그를 채취하여 폐기할 필요가 없습니다. 불순물은 나중에 국자 정제 과정에서 제거됩니다.
Q: 실리콘 환원은 어떤 온도에서 발생합니까?
답변: 유용한 반응 속도를 위해서는 대략 1800~2000도의 반응-영역 온도가 필요합니다. 이것이 바로 기존의 용선로 용해 대신 수중 아크로 용해가 사용되는 이유입니다.
Q: 금속실리콘의 순도를 99.7%까지 높이는 방법은 무엇인가요?
답변: 태핑된 금속은 레이들에서 일반적으로 산소나 공기, 그리고 알루미늄과 칼슘을 제거 가능한 상으로 만드는 합성 산화 슬래그를 사용하여 정제됩니다. 그 결과, 화학 및 전자 산업에서 요구하는 더 높은-순도 등급이 탄생했습니다.
Q: 금속 실리콘 분말은 주조 및 제강에서 어떤 역할을 합니까?
A: 이는 용해된 산소와 결합하여 용융물 밖으로 떠다니는 실리카를 형성하는 탈산제 역할을 합니다. 실리콘은 또한 고용체를 통해 강철을 강화하며 특수강에 합금 원소로 첨가됩니다.
Q: 메탈실리콘은 보통 어떤 사이즈로 공급되나요?
A: 표준 덩어리는 합금화 및 재용해를 위해 약 10~100mm로 스크리닝되는 반면, 화학 합성 및 신속한 용해가 필요한 응용 분야에서는 미세 등급 및 분말이 생성됩니다.
